[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung des normalen Betriebszustands
eines Arbeitsprozesses gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
[0002] Die stetig zunehmende Digitalisierung bzw Automatisierung von industriellen Prozessen
beschleunigt und vereinfacht zwar Produktionsprozesse und Fertigung, macht aber beispielsweise
die Wartung von Maschinen und Fertigungsstraßen aufgrund der zunehmenden Komplexität
immer schwieriger bzw. aufwändiger. Die zunehmende Anzahl von Sensoren pro Meter einer
Fertigungsstraße macht es unmöglich, alle zur Verfügung stehenden Daten manuell zu
erfassen und zu beurteilen. Daher wird der Fokus vermehrt auf die Entwicklung von
Methoden beispielsweise zur prädiktiven Instandhaltung gelegt, die dabei helfen, Produktionsprozesse
und Wartungen zu optimieren und sich anbahnende Fehler zu erkennen, bevor Ausfälle
auftreten. Andererseits können derartige Methoden auch dazu genutzt werden, Produktionsprozesse
zu optimieren, da Anomalien auch durch suboptimale Prozess-Konfigurationen hervorgerufen
werden können, die Spielraum für Optimierungen des Maschinenbetriebes bieten.
[0003] Aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus
Härtung, Joachim, Bärbel Elpelt, and Karl-Heinz Klösener. Statistik: Lehr- und Handbuch
der angewandten Statistik. Walter de Gruyter, 2009 und
Murphy, Kevin P. Machine learning: a probabilistic perspective. MIT press, 2012 sind eine Vielzahl an Methoden aus den Bereichen Statistik und Machine Learning bekannt,
die beispielsweise für Prozess- und Wartungsoptimierung genutzt werden können. Bei
derartigen Verfahren aus dem Stand der Technik werden zunächst Kennzeichen eines normalen
Betriebszustands, auch als "Ground Truth" bezeichnet, ermittelt. Diese beschreiben
den normalen Betriebszustand einer Maschine während eines Arbeitsprozesses anhand
von Zusammenhängen von während des normalen Betriebszustands ermittelten Messwerten
und sind während des normalen Betriebszustands gültig. Abweichungen von der "Ground
Truth" werden von einem derartigen Verfahren als anomale Zustände der Maschine erkannt
und als Hinweise auf defekte Maschinenbauteile oder Fehlkonfigurationen des Arbeitsprozesses
der Maschine gedeutet.
[0004] Bei aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren wird allerdings vorausgesetzt,
dass spätestens bei Inbetriebnahme einer Maschine bekannt ist, beispielsweise in welchem
Bauteil der Maschine welche Fehler identifiziert werden sollen und durch Messung welcher
physikalischer Größen diese zu erkennen sind, wobei üblicherweise nur einzelne Maschinenbauteile
oder -bauteilgruppen und nicht Zusammenhänge, die die gesamte Maschine betreffen,
betrachtet werden. Auch die Überführung einer erfolgreich eingesetzten Methode auf
eine Maschine desselben Typs, die geringfügige bauliche Veränderungen aufweist oder
in einem anderen Einsatzgebiet verwendet wird, erweist sich als nahezu unmöglich und
individuelle Anpassungen sind notwendig, um die Methoden aufwändig nachzujustieren.
Ein weiteres Problem stellt der Umstand dar, dass dieselbe Maschine in den meisten
Fällen zur Produktion unterschiedlicher Produkte und Aufträge genutzt wird und das
verwendete Rohmaterial nicht immer derselben Qualität entspricht und daher zu Variabilitäten
im Produktionsprozess führen kann. Dieselbe Maschine kann auch in Ländern in unterschiedlichen
geographischen Breiten genutzt werden, wodurch Maschinen desselben Typs unweigerlich
auch unterschiedlichen Umwelt- und Klimaeinflüssen ausgesetzt sind und somit der normale
Betriebszustand einer Maschine schwer zu erfassen ist.
[0005] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, diese Probleme zu lösen und ein
Verfahren bereitzustellen, bei dem Regeln für den normalen Betriebszustand von Maschinen
während der jeweiligen Arbeitsprozesse aufgestellt werden und die Regeln automatisch
auf beispielsweise unterschiedliche Aufträge, die auf derselben Maschine durchgeführt
werden, unterschiedliche Umgebungsbedingungen, denen die Maschinen ausgesetzt sind
oder auch auf andere, überwiegend baugleiche Maschinen übertragen und angepasst werden.
[0006] Diese Aufgaben werden durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung sieht dabei vor, dass anschließend die für den Standardprozess ermittelten
Regeln auf den Arbeitsprozess einer der Standardmaschine ähnlichen oder identischen
Maschine in der Arbeitsumgebung übertragen werden, wobei die Maschine über eine Anzahl
von Sensoren der Maschine verfügt, deren Position und Sensitivität mit den auf der
Standardmaschine befindlichen Sensoren zumindest teilweise übereinstimmt und mit den
Sensoren der Maschine wiederholt zu vorgegebenen Zeitpunkten Messwerte ermittelt werden,
untersucht wird, ob die übermittelten Regeln durch die Messwerte derjenigen Sensoren
der Maschine, die mit den Sensoren der Standardmaschine hinsichtlich Anordnung und
Sensitivität übereinstimmen, erfüllt sind, und wenn dies der Fall ist, die Regeln
zur Charakterisierung des normalen Betriebszustands des Arbeitsprozesses übernommen
werden, und sofern dies nicht der Fall ist, die Regeln an die neuen Messwerte angepasst
oder verworfen werden.
[0007] Um die Anzahl an übertragenen Regeln nicht unnötig hoch werden zu lassen, ist vorteilhafterweise
vorgesehen, dass untersucht wird, ob bei der Standardmaschine Sensoren vorhanden sind,
denen hinsichtlich Anordnung und Sensitivität kein Sensor der Maschine zuordenbar
ist, wobei im Falle des Fehlens von zuordenbaren Sensoren bei der Maschine die Regeln,
die für diese Sensoren bei der Standardmaschine gelten, gestrichen werden.
[0008] Für den Fall, dass dieselbe physikalische Größe auf der Standardmaschine und der
Maschine mit Sensoren mit unterschiedlicher Funktionsweise ermittelt wird, ist vorteilhafterweise
vorgesehen, dass untersucht wird, ob einander zugeordnete Sensoren der Maschine dieselbe
Kennlinie hinsichtlich der zu ermittelnden physikalischen Größe aufweisen, wobei im
Fall einander zugeordneter Sensoren der Maschine mit einer unterschiedlichen Kennlinie
diejenigen Regeln, die für diese Sensoren bei der Standardmaschine gültig sind, an
die neue Kennlinie der Maschine angepasst werden.
[0009] Eine besonders flexible Anwendung der Erfindung ist gewährleistet dadurch, dass untersucht
wird, ob bei der Maschine Sensoren vorhanden sind, denen hinsichtlich Anordnung und
Sensitivität kein Sensor der Standardmaschine zuordenbar ist, dass für die Messwerte
der so ermittelten Sensoren der Maschine neue Regeln aufgestellt werden, die den normalen
Betriebszustand charakterisieren, wobei insbesondere diese Regeln auf dieselbe Weise
erstellt werden, die auch für die Erstellung von der Regeln für die Messwerte des
Standardprozesses verwendet werden, wobei diese Regeln insbesondere auch Messwerte
von Sensoren berücksichtigen können, die sowohl auf der Maschine, als auch auf der
Standardmaschine vorhanden sind.
[0010] Ein erfindungsgemäßes Verfahren kann vorteilhafterweise auch angewendet werden, wenn
die Maschine durch Modifikation der Standardmaschine oder einer mit der Standardmaschine
baugleichen weiteren Standardmaschine erstellt wird, indem der Standardmaschine Bauteile
und/oder Sensoren hinzugefügt werden, und/oder von der Standardmaschine Bauteile und/oder
Sensoren entfernt werden, und/oder Bauteile der Standardmaschine modifiziert werden,
und/oder Sensoren der Standardmaschine neu positioniert oder hinsichtlich ihrer Sensitivität
oder Kalibrierung geändert werden.
[0011] Für eine Anwendung der Erfindung auf Maschinen in beispielsweise unterschiedlichen
geographischen Breiten und Klimazonen ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass der
Arbeitsprozess festgelegt wird, in dem die Maschine oder die Standardmaschine in einer
von der Standardumgebung abweichenden Arbeitsumgebung betrieben wird, wobei sich die
Arbeitsumgebung von der Standardumgebung insbesondere hinsichtlich der folgenden Umgebungsparameter
unterscheidet:
- a) Umgebungstemperatur, und/oder
- b) Umgebungsluftfeuchtigkeit, und/oder
- c) Umgebungsluftdruck, ...
[0012] Ein erfindungsgemäßes Verfahren kann vorteilhafterweise auch auf Maschinen nach einer
Änderung eines Auftrags oder Arbeitsprozesses übertragen werden, indem überprüft wird,
ob bei der Maschine externe Vorgaben vorhanden sind, die zumindest teilweise mit den
externen Standardvorgaben der Standardmaschine übereinstimmen und dass untersucht
wird, ob die übermittelten Regeln durch die externen Vorgaben der Maschine, die mit
den externen Standardvorgaben der Standardmaschine übereinstimmen, erfüllt sind, und
wenn dies der Fall ist, die Regeln zur Charakterisierung des normalen Betriebszustands
des Arbeitsprozesses übernommen werden, und sofern dies nicht der Fall ist, die Regeln
an die neuen externen Vorgaben angepasst oder verworfen werden oder für diese neuen
externen Vorgaben neue Regeln festgelegt werden.
[0013] Zur Erkennung suboptimaler Prozess-Konfigurationen oder sich anbahnender Fehler,
bevor Ausfälle auftreten, sieht die Erfindung vor, dass die Maschine in der Arbeitsumgebung
betrieben wird, dass während des Arbeitsprozesses zu vorgegebenen wiederkehrenden
Zeitpunkten Messwerte ermittelt werden, dass die für den Arbeitsprozess ermittelten
Regeln auf die Messwerte angewendet werden, und falls Messwerte vorhanden sind, die
den Regeln für den normalen Betriebszustand nicht genügen, ein anomaler Zustand der
Maschine und/oder des Arbeitsprozesses identifiziert wird.
[0014] Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass auf zumindest
zwei Standardmaschinen Regeln ermittelt werden, die den Zusammenhang der ermittelten
Messwerte während des normalen Betriebszustands der Standardmaschinen in den betreffenden
Arbeitsumgebungen mit den externen Vorgaben beschreiben, und die während der normalen
Betriebszustände erfüllt sind, und wobei die für zumindest zwei Standardmaschinen
ermittelten Regeln auf den Arbeitsprozess einer den Standardmaschinen ähnlichen oder
identischen Maschine in der Arbeitsumgebung übertragen werden.
[0015] Um Regelsets vielfältiger Standardmaschinen nutzen zu können und eine einfache Übertragung
von Regeln sicherzustellen, ist vorgesehen, dass in einer zentralen Schaltstelle Regelsets,
insbesondere umfassend eine Anzahl von ermittelten Regeln, gespeichert werden, wobei
die Regelsets die Zusammenhänge der ermittelten Messwerte während der normalen Betriebszustände
einer Vielzahl von Standardmaschinen in den betreffenden Arbeitsumgebungen mit den
externen Vorgaben beschreiben, und die während der normalen Betriebszustände erfüllt
sind, wobei für einen Arbeitsprozess mit externen Vorgaben in einer Arbeitsumgebung
einer den Standardmaschinen ähnlichen oder identischen Maschine geeignete Regelsets
ausgewählt werden, wobei die Regelsets nach Übereinstimmung der Sensoren und/oder
der Umgebungsparameter der Arbeitsumgebung und/oder der externen Vorgaben der Maschine
ausgewählt werden, und wobei die ausgewählten Regelsets auf den Arbeitsprozess der
Maschine in der Arbeitsumgebung übertragen werden.
[0016] Ein Programm zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens auf einer Maschine
kann vorteilhafterweise auf einem Datenträger abgespeichert werden.
[0017] Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung
und den beiliegenden Zeichnungen. Die Erfindung ist im Folgenden anhand von besonders
vorteilhaften, aber nicht einschränkend zu verstehenden, Ausführungsbeispielen dargestellt
und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielhaft beschrieben.
[0018] Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird
in Zusammenhang mit
Fig. 1 und
Fig. 2 näher dargestellt.
[0019] Fig. 1 zeigt schematisch eine Maschine M
1, die eine Einzugs-Einheit 11 besitzt, an der sich drei Sensoren S
1, S
2, S
3 befinden, wobei die Einzugs-Einheit 11 über beispielsweise einen ersten Förderband-Abschnitt
12 mit einer Druck-Einheit 13 verbunden ist, wobei sich auf dem ersten Förderband-Abschnitt
12 ein Sensor S
4 und auf der Druck-Einheit 13 ein weiterer Sensor S
5 befinden. Diese Maschine M
1 wird im Rahmen des dargestellten Ausführungsbeispiels später als Standardmaschine
benutzt. Die Druck-Einheit 13 ist über einen zweiten Förderband-Abschnitt 14 mit einer
Stanzungs-Einheit 15 verbunden, wobei sich auf dem zweiten Förderband-Abschnitt 14
ein Sensor S
6 und auf der Stanzungs-Einheit 15 ein Sensor S
7 befinden. Die Stanzungs-Einheit 15 ist schließlich über einen dritten Förderband-Abschnitt
16 mit einer Auswurf-Einheit 17 verbunden, wobei sich auf dem dritten Förderband-Abschnitt
16 ein Sensor S
8 befindet. Eine derartig aufgebaute Maschine M
1 kann beispielsweise zum Bedrucken und Stanzen von Wellpappeplatten genutzt werden.
Die Maschine M
1 wird im Beispiel durch einen Keilriemen angetrieben und die Druck-Einheit 13 umfasst
eine Fixierwalze.
[0020] Folgende Vorgangsweise wird von derartigen Verfahren üblicherweise für die Festlegung
des normalen Betriebszustands einer Maschine M
1 als "Ground Truth" benutzt:
[0021] Zuerst wird eine Parametrisierung durchgeführt, wobei der betreffenden Maschine M
1 eine Anzahl von n Attributen zugewiesen wird. Die einzelnen Attribute werden im vorliegenden
Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Attributidentifikation i in Form einer
vorgegebenen natürlichen Zahlen, beispielsweise im Zahlenbereich zwischen 1 und n
versehen.
Im Folgenden werden beliebig gewählte Zeitpunkt mit t bezeichnet, wobei ein solcher
Zeitpunkt t aus einer Menge {T
0, T
1, T
2, ... } gewählt ist.
Zu einer vorgegebenen Anzahl von diskreten Zeitpunkten t wird während des Betriebs
der Maschine M
1 für jedes einzelne Attribut mit der Attributidentifikation i jeweils ein Attributwert
x
it festgelegt. Die Zeitpunkte werden dabei ausgehend von einem Initialzeitpunkt T
0 bis zum Zeitpunkt T, der letzten Erfassung von Attributwerten bezeichnet. Entsprechend
der jeweils verwendeten Attributidentifikation i werden die einzelnen für den betreffenden
Zeitpunkt t zur Verfügung stehenden konkreten Werte in einem dem Zeitpunkt t zugeordneten
Zeilenvektor m
t = [x
1t, ... x
nt] eingetragen.
[0022] Die einzelnen Zeilenvektoren m
t werden durch Aneinanderreihung in der Reihenfolge ihrer Aufnahme zu einer Maschinen-Attribut-Matrix
A
M zusammengefasst, wobei T' den Zeitpunkt der letzten Aufnahme bezeichnet.

[0023] Bei einem Attribut kann es sich um einen Messwert handeln, der von einem der Maschine
M
1 zugeordneten Sensor erstellt wurde. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung
ermitteln Sensoren S
1,...S
8 wiederholt zu vorgegebenen Zeitpunkten t physikalische Messwerte. Den Attributidentifikationen
i = 1..8 werden die von den Sensoren S
1,...S
8, die in Tabelle 1 näher erläutert sind, ermittelten Messwerten zugewiesen, dh die
von den Sensoren ermittelten Messwerte werden zu den betreffenden Zeitpunkten t in
die Spalten i=1..8 in den betreffenden Zeilenvektor m
t eingetragen.
Tabelle 1: Sensoren, physikalische Messwerte und Messwert-Einheiten der Maschine M
1.
S1 |
Drehzahl (min-1) |
Motor der Maschine antreibt (Walze r = 0.1 m) |
S2 |
Endtaster (binär) |
Gibt an ob Karton eingezogen wird oder nicht |
S3 |
Geschwindigkeit (m/s) |
Gibt die Geschwindigkeit an, mit der Karton eingezogen wird |
S4 |
Geschwindigkeit (m/s) |
Gibt die Geschwindigkeit an, mit der Karton fortbewegt wird |
S5 |
Temperatur (°C) |
Oberflächentemperatur der Fixierwalze |
S6 |
Geschwindigkeit (m/s) |
Gibt die Geschwindigkeit an, mit der Karton fortbewegt wird |
S7 |
Druck (bar) |
Gibt an mit welchem Druck gestanzt wird |
S8 |
Geschwindigkeit (m/s) |
Gibt die Geschwindigkeit an, mit der Karton fortbewegt wird |
[0024] Weiters können die Attribute auch durch externe Vorgaben und Randbedingungen festgelegt
sein, die sich über die Zeit verändern können, wie beispielsweise eine Auftragsnummer,
eine Voreinstellung wie beispielsweise die bei der Durchführung des Auftrags zu verwendende
Stanzkraft oder ein externer, nicht mittels eines an der Maschine M
1 befindlichen Sensors zu ermittelnder Sensormesswert, wie beispielsweise die Umgebungstemperatur
oder Umgebungsluftfeuchtigkeit.
[0025] Die externen Vorgaben zur Durchführung eines Auftrags auf der Maschine M
1 und die Umgebungsparameter wie beispielsweise Umgebungstemperatur und/oder Umgebungsluftfeuchtigkeit
und/oder Umgebungsluftdruck, denen die Maschine M
1 während eines Produktionsprozesses ausgesetzt ist, sind durch vier Attribute A
1, A
2, A
3, A
4 gekennzeichnet. Die Attribute der Maschine M
1, die externe Vorgaben und Umgebungsparameter beschreiben, sind in Tabelle 2 näher
erläutert.
Tabelle 2: Attribute der Maschine M
1, die externe Vorgaben und Umgebungsparameter betreffen.
A1 |
Kartondicke (mm) |
A2 |
Größe (1 in cm x b in cm) |
A3 |
Farbe (binär) |
A4 |
Relative Luftfeuchtigkeit (%) |
[0026] Für diese Attribute ermittelte Werte werden zu den betreffenden Zeitpunkten t in
die Spalten i=9...12 in den betreffenden Zeilenvektor m
t eingetragen.
[0027] Bei den Attributen kann es sich schließlich um zeitunabhängige Attribute handeln,
wie beispielsweise um eine Identifikation ID und/oder einen Maschinentyp. Diese Attribute
sind für die betreffenden Maschine M
1 festgelegt und unveränderlich, d.h. ist das Attribut mit der Attributidentifikation
i zeitunabhängig, so ist x
i1 = x
i2 = ... = x
iT'. Für diese Attribute ermittelte Werte werden zu den betreffenden Zeitpunkten t in
die Spalten i=13..14 in den betreffenden Zeilenvektor m
t eingetragen.
[0028] Der normale Betriebszustand einer Maschine M
1 wird bei einem derartigen Verfahren üblicherweise mit einem Regelset
R beschrieben, wobei beispielsweise folgende Typen von Regeln aus dem Stand der Technik
verwendet werden:
- statistische Regeln siehe Georgii, Hans-Otto. Stochastik: Einführung in die Wahrscheinlichkeitstheorie und Statistik.
Walter de Gruyter GmbH & Co KG, 2015. Härtung, Joachim, Bärbel Elpelt, and Karl-Heinz Klösener. Statistik: Lehr-und Handbuch
der angewandten Statistik. Walter de Gruyter, 2009.,
- Korrelations-Regeln siehe Friedberg, Ivo, et al. "Combating advanced persistent threats: From network event
correlation to incident detection." Computers & Security 48 (2015): 35-57., oder Skopik F., Fiedler R. (2016): EP 1416597.2-1853 - Method for detecting deviations
from a given standard state, June 2016.,
- neuronale Netzwerk-Modelle siehe Rojas, Raul. Theorie der neuronalen Netze: eine systematische Einführung. Springer-Verlag,
2013.,
- Regressionsmodelle siehe Fahrmeir, Ludwig, Thomas Kneib, and Stefan Lang. Regression: Modelle, Methoden und
Anwendungen. Springer-Verlag, 2007.
[0029] Statistische Regeln charakterisieren ein einzelnes Attribut einer Maschine M
1, wobei eine Sequenz

eines Attributes mit
i ∈ {1,...,
n} über eine endliche Zeitspanne Z betrachtet wird. Eine Regel R wird ausgehend von
den Werten, die das Attribut
xi in der sogenannten Trainingsphase Z
0 annimmt, aufgestellt. Eine derartige Regel R definiert beispielsweise ein Intervall,
innerhalb dessen der Mittelwert der Werte des Attributs in einer Zeitspanne Z, betrachtet
wird, oder mit welcher Wahrscheinlichkeitsverteilung die Verteilung der Werte des
Attributs in einer Zeitspanne Z beschrieben wird. Statistische Tests wie z. B. ein
Kolmogorov-Smirnov Test,
siehe Härtung, Joachim, Bärbel Elpelt, and Karl-Heinz Klösener. Statistik: lehr-und handbuch
der angewandten statistik. Walter de Gruyter, 2009, können dazu verwendet werden.
[0030] Mit einer nach dem Stand der Technik aufgestellten statistischen Regel kann beispielsweise
der Mittelwert

einer Stichprobe in der Trainingsphase Z
0 berechnet werden als

[0031] Unter der Annahme, dass die Stichprobe repräsentativ ist, wird ein Intervall festgelegt,
das einen Toleranzbereich von zwei Mal α100% erlaubt. Die entsprechende Regel wird
festgelegt als

if

[0032] Um die Repräsentativität des geschätzten Mittelwerts zu überprüfen, kann auch ein
Konfidenzintervall anstelle einer Punktschätzung berechnet werden.
[0033] Bei aus dem Stand der Technik bekannten
Korrelations-Regeln wird beispielsweise ein Attribut
xi zu einem Zeitpunkt T
1 oder zu mehreren Zeitpunkten
T1,
T2,..., d.h. zwei oder mehr Werte einer Spalte der Maschinen-Attribut-Matrix
AM, betrachtet, wobei Korrelations-Regeln der Form

if not

aufgestellt werden. Es können auch zwei oder mehr verschiedene Attribute zu einem
Zeitpunkt T
1, d.h. zwei oder mehr Werte einer Zeile der Maschinen-Attribut-Matrix
AM, betrachtet werden, wobei sich Korrelations-Regeln der Form

if not

ergeben. Bei einer weiteren Variante der Erstellung von Korrelations-Regeln werden
zwei oder mehr verschiedene Attribute zu zwei oder mehr Zeitpunkten
T1,
T2,..., d.h. Werte aus verschiedenen Spalten und verschiedenen Zeilen der Maschinen-Attribut-Matrix
AM, betrachtet, wobei Korrelations-Regeln der Form

if not

aufgestellt werden.
[0034] Neuronale Netzwerk-Modelle werden im Stand der Technik benutzt, um den aktuellen Zustand einer Maschine M
1, eines Maschinenbauteils oder eines auf der Maschine M
1 durchgeführten Arbeitsprozesses einzuschätzen. Neuronale Netzwerke werden trainiert
und als Eingangsparameter werden die Werte ausgewählter Attribute (
xi)
i∈I der Maschine M
1 verwendet, wobei
I ein Set an Attributen ist. Mit neuronalen Netzwerk-Modellen werden Regeln der Form
if
R((
xi)
i∈I) ≥
a ⇒ no alarm! V if
R((
xi)
i∈I) <
a ⇒ alarm! erstellt.
[0035] Regressionsmodelle werden mittels Regressionsanalyse erstellt und im Stand der Technik für die Vorhersage
des Zustands einer Maschine M
1, eines Maschinenbauteils oder eines auf der Maschine M
1 durchgeführten Arbeitsprozesses verwendet. Ähnlich wie bei neuronalen Netzwerk-Modellen,
werden auch für Regressionsmodelle Werte eines definierten Zeitintervalls

ausgewählter Attribute der Maschine M
1 als Eingangsparameter verwendet, wobei
I ein Set an Attributen ist, um den Zustand der Maschine M
1 nach der bis T' vergangenen Zeit vorherzusagen. Mit Regressionsmodellen werden beispielsweise
Regeln der Form

erstellt.
[0036] In einem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Maschine
M
1 als Standardmaschine genutzt, wobei der auf der Maschine M
1 durchgeführte Prozess als Standardprozess und die Arbeitsumgebung, in der sich die
Maschine M
1 befindet, als Standardumgebung und die externen Vorgaben für die Maschine M
1 als externe Standardvorgaben betrachtet werden.
[0037] Sobald sich die Maschine M
1 in einem stabilen Zustand befindet, d.h. beispielsweise nach einer Anfahrphase, sieht
ein derartiges Verfahren als ersten Schritt vor, dass in einer Lernphase nach beispielsweise
den voranstehend beschriebenen Methoden nach Regeln für die Maschine M
1, d.h. die Standardmaschine, gesucht wird. Die Regeln beschreiben dabei den Zusammenhang
der von den Sensoren S
1,...S
8 ermittelten Messwerte und den Zusammenhang der ermittelten Messwerte und der Umgebungsparameter
während des normalen Betriebszustands der Maschine M
1 in der betreffenden Arbeitsumgebung mit den externen Vorgaben und sind während des
normalen Betriebszustands der Maschine M
1 erfüllt. Für die Maschine M
1 können beispielsweise alle Attribute
XM als Eingangsparameter für eine Regel verwendet werden und Regeln für die Maschine
M
1 besitzen die generelle Form
RM =
R(
XM)
.
[0038] Das im vorliegenden Fall erlernte Regelset
RM1 für die Maschine M
1 beinhaltet acht Regeln. Die Regeln R
1,...R
8 haben die folgende Form, wobei T
i die Zeitpunkte mit Δ
t =
Ti+1 - Ti = 0.5
s markiert, an denen Messwerte von den Sensoren S
1,...S
8 gesammelt werden:
- R1(S1, S3) : S1 ∈ [24.9, 25.1] min-1 ⇒ S3 > 0.25 m/s;

- R2(A2, S3) : l = 50cm ⇒ S3 < 0.262m/s

- R4(A3, S5) : A3 = 1 ⇒ S5 ∈ [178, 182]°C
- R5(A1, S7) : A1 = 3 mm ⇒ S7 ∈ [9.8, 10.2] bar
- R6(S3, S4, S6, S8) : 0.25 m/s < S3 ≤ S4 ≤ S6 ≤ S8

- R8(A4, S7) : A4 > 40% ⇒ S7 > 10 bar
[0039] Regel R
3 kontrolliert beispielsweise, ob innerhalb von 10 Zeitschritten ausreichend Kartons
eingezogen werden, bzw. ob der Einzug 11 ausreichend lange geöffnet ist, wobei für
einen Karton von einer Öffnungsdauer der Einzugs-Einheit 11 von ca. 3 Sekunden ausgegangen
wird. Im Fall einer beispielsweise zu langen Öffnungsdauer der Einzugs-Einheit 11
würden zu viele Kartons eingezogen.
[0040] Zur Übertragung der für die Maschine M
1, d.h. die Standardmaschine, aufgestellten Regeln R
1,...R
8 sieht ein erfindungsgemäßes Verfahren als nächsten Schritt vor, dass die Regeln R
1,...R
8 zunächst in abstrakter Form dargestellt werden. Ausgehend von der Menge an Attributen
der Maschine M
1 
und dem erlernten Regelset
RM für die Maschine M
1 RM1 = {
R1,...,
R8}
, wird eine Funktion

definiert, die alle Attribute liefert, die eine Regel als Eingangsparameter verwendet.
Außerdem wird eine zweite Funktion

aufgestellt, die alle Regeln liefert, die Attribute der Menge
XI als Eingangsparameter benutzen, wobei
I ein Indexset darstellt. Als nächster Schritt eines erfindungsgemäßen Verfahrens werden
alle variablen Regelattribute in einer Lernphase erlernt. Im Falle einer Korrelations-Regel
können beispielsweise Parameter a, b, ... als variable Attribute eingeführt sein (siehe
abstrakte Regeln nächster Absatz).
[0041] Im Folgenden werden die für die Maschine M
1 gültigen Regeln R
1,...R
8 in abstrakter Form und eine Erklärung jeder Regel R
1,...R
8 angegeben, wobei lateinische Buchstaben in der Lernphase zu lernende Werte von Konstanten
und griechische Buchstaben zu lernende Werte von Toleranzen darstellen:
- R1;a,α,β(S1,S3) : S1 = [a - α, a + α] min-1 ⇒ S3 > υ - β m/s;

Da die Maschine M1 durch einen Keilriemen angetrieben wird, würde eine negative Evaluierung der Regel
R1 auf ein Problem bei der Kraftübertragung hinweisen. Die zu erwartende Geschwindigkeit,
mit der sich der Keilriemen bewegt, lässt sich aus der Drehzahl des Antriebs der Maschine
M1 errechnen.
- R2;a(A2, S3) : l = A2(l) cm ⇒ S3 < a m/s
Diese Regel beschreibt den Zusammenhang zwischen Kartonlänge und Geschwindigkeit des
Förderbandes. Die Funktion A2(l) liefert den Wert für die Kartonlänge, der in den externen Vorgaben für den auf
der Maschine M1 durchgeführten Auftrag angeführt wird.

Je nach Größe und Maschinengeschwindigkeit der Maschine M1, muss der Einzug 11 eine bestimmte Zeit lang geöffnet sein, damit ein Karton eingezogen
werden kann. Je nach benötigter Verarbeitungszeit pro Karton, muss der Einzug 11 eine
bestimmte Zeit geschlossen bleiben, um einen Kartonstau zu verhindern. Aus diesen
Faktoren ergeben sich die Grenzwerte a, b, wie oft der Sensor S2 den Wert 1, der dem Zustand "geöffnet" entspricht, im Zeitfenster c liefert.
- R4;a,α(A3, S5) : A3 ⇒ S5 ∈ [a - α; a + α] °C
Diese Regel kontrolliert, ob die Fixierwalze für den Druck die richtige Temperatur
hat.
- R5;a,α(A1, S7) : A1 ⇒ S7 ∈ [a - α; a + α] bar
Diese Regel kontrolliert, ob mit der passenden Kraft gestanzt wird, damit Rillungen
nicht zu tief gestanzt werden, bzw. andere Teile auch wirklich komplett durchgestanzt
werden.
- R6;a(S3, S4, S6, S8) : a m/s < S3 ≤ S4 ≤ S6 ≤ S8
Diese Regel stellt sicher, dass es zu keinem Kartonstau durch abnehmende Geschwindigkeiten
der die einzelnen Maschinenabschnitte verbindenden Förderbänder kommen kann.

Diese Regel kontrolliert, ob der Mittelwert der Umdrehungen pro Minute des Förderbandantriebs,
gemessen mit Sensor S1 über die letzten b+1 Messungen im korrekten Intervall liegt. Diese Auswertung basiert
auf einer statistischen Regel, die einen geschätzten Mittelwert nutzt.
- R8;a,b(A4, S7) : A4 > a% ⇒ S7 > b bar
Diese Regel stellt einen Zusammenhang zwischen den Umgebungsparametern der Arbeitsumgebung,
in der die Maschine M1 betrieben wird, und dem Sensor S7 der Maschine M1 her. Wenn z. B. die Luftfeuchtigkeit in der Produktionshalle, in der die Maschine
M1 betrieben wird, einen gewissen Wert überschreitet, muss mehr Druck für die Stanzung
aufgewendet werden.
[0042] Fig. 2 zeigt schematisch eine Maschine M', wobei die Regeln der Maschine M
1, die im Folgenden als Standardmaschine bezeichnet wird, auf die Maschine M' übertragen
werden sollen. Die Maschine M' besitzt eine Einzugs-Einheit 21, die im wesentlichen
baugleich zur Einzugseinheit 11 der Standardmaschine M
1 ist und an der sich drei Sensoren S'
1, S'
2, S'
3 befinden, wobei die Einzugs-Einheit 21 über einen ersten Förderband-Abschnitt 22
mit einer mit der Stanzungs-Einheit 15 der Standardmaschine M
1 im wesentlichen baugleichen Stanzungs-Einheit 25 verbunden ist und sich auf dem ersten
Förderband-Abschnitt 21 ein Sensor S'
4 und auf der Stanzungs-Einheit 25 ein Sensor S'
7 befinden. Die Stanzungs-Einheit 25 ist über einen zweiten Förderband-Abschnitt 26
mit einer mit der Auswurf-Einheit 17 der Standardmaschine M
1 im wesentlichen baugleichen Auswurf-Einheit 27 verbunden, wobei sich auf dem zweiten
Förderband-Abschnitt 26 ein Sensor S'
8 befindet. Die Sensoren S'
1, S'
2, S'
3, S'
4, S'
7, S'
8 ermitteln wiederholt zu vorgegebenen Zeitpunkten physikalische Messwerte.
[0043] Die Maschine M' verfügt somit über eine Anzahl von Sensoren S'
1, S'
2, S'
3, S'
4, S'
7, S'
8, deren Position und Sensitivität mit den auf der Standardmaschine M
1 befindlichen Sensoren zumindest teilweise übereinstimmt. Im Vergleich zur Maschine
M
1, d.h. der Standardmaschine, weist die Maschine M' bauliche Unterschiede auf, da der
zwischen Einzugs-Einheit 11 und Druck-Einheit 13 verlaufende Förderband-Abschnitt
12 und der darauf befindliche Sensor S
5 sowie die Druck-Einheit 13 und der auf der Druck-Einheit 13 befindliche Sensor S
6 fehlen, die bei der Maschine M
1 vorhanden sind. Die externen Vorgaben zur Durchführung eines Auftrags auf der Maschine
M' und die Umgebungsparameter, denen die Maschine M' während eines Produktionsprozesses
ausgesetzt ist, sind durch drei Attribute A'
1, A'
2, A'
4 gekennzeichnet. Somit besitzt die Maschine M' folgende Attributen

[0044] Zur Übertragung von für die Standardmaschine M
1 aufgestellten Regeln auf die Maschine M' sieht ein erfindungsgemäßes Verfahren als
nächsten Schritt vor, dass diejenigen Sensoren der Maschine M' ermittelt werden, die
hinsichtlich Anordnung und Sensitivität einem Sensor der Standardmaschine M
1 paarweise zuordenbar sind, wobei es sich im konkreten Beispiel um die Sensoren S
1, S
2, S
3, S
4, S
7, S
8 bzw S'
1, S'
2, S'
3, S'
4, S'
7, S'
8 handelt. Weiters ist vorgesehen, dass diejenigen externen Vorgaben und Umgebungsparameter
der Maschine M' ermittelt werden, die mit den externen Standardvorgaben und Standardumgebungsparameter
der Standardmaschine M
1 übereinstimmen. Im konkreten Beispiel handelt es sich dabei um die Attribute A'
1, A'
2, A'
4. Es ist weiters vorgesehen, dass auch diejenigen Sensoren der Standardmaschine M
ermittelt werden, denen hinsichtlich Anordnung und Sensitivität kein Sensor der Maschine
M' zuordenbar ist, wobei es sich im gezeigten Beispiel um die Sensoren S
5 und S
6 handelt. Außerdem werden diejenigen externen Standardvorgaben und Standardumgebungsparameter
der Standardmaschine M
1 ermittelt, die nicht mit den externen Vorgaben und Umgebungsparameter der Maschine
M' übereinstimmen, wobei es sich im Beispiel um das Attribut A
3 handelt.
[0045] Erfindungsgemäß wird die Funktion

die vom Raum aller Attribute

auf den Raum aller Regeln
R abbildet, genutzt, um diejenigen Regeln zu identifizieren, die auf der Standardmaschine
M
1 genutzt werden und auch auf der Maschine M' genutzt werden können, da die Regeln
dieselben Attribute betreffen. Es ergeben sich im Beispiel daher folgende Regeln,
die von der Standardmaschine M
1 auf die Maschine M' übertragen werden:
RM1(
XM') =
RM' = {
R'1, R'2, R'3, R'5, R'7, R'8}
.
[0046] Im Falle, dass bei einer Maschine M' Sensoren fehlen, die bei der Standardmaschine
M
1 vorhanden sind, sieht ein erfindungsgemäßes Verfahren vorteilhafterweise vor, dass
die Regeln, die für diese Sensoren bei der Standardmaschine M
1 gelten, gestrichen werden. Ebenso werden auch Regeln gestrichen, die bei der Standardmaschine
M
1 für externe Standardvorgaben oder Standardumgebungsparameter gelten, die bei der
Maschine M' nicht als externe Vorgaben oder Umgebungsparameter auftreten.
[0047] Als weiterer Schritt bei der erfindungsgemäßen Übertragung von Regeln wird untersucht,
ob die auf die Maschine M' übermittelten Regeln durch die Messwerte derjenigen Sensoren
der Maschine M', die mit den Sensoren der Standardmaschine M
1 hinsichtlich Anordnung und Sensitivität übereinstimmen, erfüllt sind. Wenn dies der
Fall ist, werden die Regeln zur Charakterisierung des normalen Betriebszustands des
Arbeitsprozesses auf die Maschine M' übernommen. Sofern dies nicht der Fall ist, werden
die Regeln an die neuen Messwerte der Maschine M' angepasst, indem die in den abstrakten
Regeln vorhandenen Konstanten und Toleranzen für die Maschine M' in einer Lernphase
neu gelernt werden, oder die Regeln werden verworfen. Weiters wird untersucht, ob
die auf die Maschine M' übermittelten Regeln durch die externen Vorgaben und Umgebungsparameter
der Maschine M', die mit den externen Standardvorgaben und Standardumgebungsparameter
der Standardmaschine M
1 übereinstimmen, erfüllt sind. Wenn dies der Fall ist, werden die Regeln auf die Maschine
M' übernommen. Sofern dies nicht der Fall ist, werden die Regeln an die neuen externen
Vorgaben und Umgebungsparameter der Maschine M', wie voranstehend beschrieben, angepasst,
d.h. indem die in den abstrakten Regeln vorhandenen Konstanten und Toleranzen für
die Maschine M' in einer Lernphase neu gelernt werden, oder aber die Regeln letztendlich
doch verworfen werden.
[0048] Eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass bei der
Übertragung von Regeln überprüft wird, ob einander zugeordnete Sensoren auf der Maschine
M' und der Standardmaschine M
1 dieselbe Kennlinie hinsichtlich der zu ermittelnden physikalischen Größe aufweisen.
Im Fall, dass eine Maschine M', auf die Regeln einer Standardmaschine M
1 übertragen werden sollen, Sensoren umfasst, die dieselben physikalischen Parameter
wie Sensoren der Standardmaschine M
1 ermitteln, aber eine unterschiedliche Kennlinie besitzen, werden diejenigen Regeln,
die für diese Sensoren auf der Standardmaschine M
1 gelten, an die neue Kennlinie der Maschine M' angepasst.
[0049] Alternativ kann eine Maschine M', auf die Regeln einer Standardmaschine M
1 übertragen werden sollen, auch derart gebaut werden, dass im Vergleich zur Standardmaschine
M
1 keine Bauteile und/oder Sensoren entfallen, sondern dass Bauteile und/oder Sensoren
hinzugefügt werden und/oder Bauteile modifiziert werden und/oder Sensoren der Standardmaschine
M
1 neu positioniert oder hinsichtlich ihrer Sensitivität oder Kalibrierung geändert
werden. Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren kann daher auch vorgesehen sein, dass
untersucht wird, ob die Maschine M', auf die Regeln der Standardmaschine M
1 übertragen werden, Sensoren aufweist, denen hinsichtlich Anordnung und Sensitivität
kein Sensor der Standardmaschine M
1 zuordenbar ist. In diesem Fall sieht ein erfindungsgemäßes Verfahren vor, dass für
die Messwerte der so ermittelten Sensoren der Maschine M' neue Regeln aufgestellt
werden, die den normalen Betriebszustand der Maschine M' charakterisieren. Diese neuen
Regeln für die Maschine M' werden auf voranstehend beschriebene Weise erstellt, die
auch für die Erstellung von Regeln für die Messwerte des Standardprozesses der Standardmaschine
M
1 verwendet werden, wobei diese Regeln insbesondere auch Messwerte von Sensoren berücksichtigen
können, die sowohl auf der Maschine M', als auch auf der Standardmaschine M
1 vorhanden sind. Weiters wird untersucht, ob die externen Vorgaben und Umgebungsparameter
der Maschine M' mit den externen Standardvorgaben und Standardumgebungsparameter der
Standardmaschine M
1 übereinstimmen. In diesem Fall kann vorgesehen sein, dass die Regeln der Standardmaschine
M
1, die diese externen Standardvorgaben und Standardumgebungsparameter betreffen, auf
die Maschine M' übermitteltet werden und dass überprüft wird, ob die übermittelten
Regeln durch die externen Vorgaben und Umgebungsparameter der Maschine M' erfüllt
sind. Wenn dies der Fall ist, werden die Regeln auf die Maschine M' übernommen. Sofern
dies nicht der Fall ist, werden die Regeln an die neuen externen Vorgaben und Umgebungsparameter
der Maschine M', wie voranstehend beschrieben, angepasst.
[0050] Eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass Regeln von
zumindest zwei Standardmaschinen M
1, M
2, die Sensoren umfassen und mit den jeweils gültigen externen Standardvorgaben und
mit den jeweils herrschenden Standardumgebungsparametern betrieben werden, auf eine
weitere Maschine M' übertragen werden. In diesem Fall werden zunächst für beide Standardmaschinen
M
1, M
2 wie voranstehend beschrieben Regeln für das jeweils gültige Set an Attributen gesucht,
die den Zusammenhang der von den Sensoren der Standardmaschinen M
1, M
2 ermittelten Messwerte während des normalen Betriebszustands der Standardmaschinen
M
1, M
2 in der betreffenden Standardarbeitsumgebung mit den externen Standardvorgaben beschreiben,
und die während des normalen Betriebszustands der Standardmaschinen M
1, M
2 erfüllt sind. Zur Übertragung der für die Standardmaschinen M
1, M
2 aufgestellten Regeln auf die Maschine M' ist als nächster Schritt vorgesehen, dass
die für die Standardmaschinen M
1, M
2 gültigen Regeln in abstrakter Form dargestellt werden. Anschließend wird überprüft,
ob Sensoren der Maschine M' mit Sensoren der Standardmaschinen M
1, M
2 hinsichtlich Sensitivität und Anordnung übereinstimmen und ob externe Vorgaben oder
Umgebungsparameter der Maschine M' mit den jeweiligen externen Standardvorgaben oder
Standardumgebungsparametern der Standardmaschinen M
1, M
2 übereinstimmen.
[0051] Im Fall der Übeinstimmung von Sensoren und/oder externen Vorgaben und/oder Umgebungsparametern
der Maschine M' mit zumindest einer der Standardmaschinen M
1 und M
2, werden diejenigen, dieselben Attribute betreffenden, und auf zumindest einer der
Standardmaschinen M
1, M
2 oder auf beiden Standardmaschinen M
1, M
2 gültigen Regeln auf die Maschine M' übertragen.
[0052] Als weiterer Schritt wird untersucht, ob die von einer der Standardmaschinen M
1, M
2 oder beiden Standardmaschinen M
1, M
2 auf die Maschine M' übermittelten Regeln durch die Messwerte derjenigen Sensoren
der Maschine M', die mit den Sensoren zumindest einer der Standardmaschinen M
1, M
2 hinsichtlich Anordnung und Sensitivität übereinstimmen, erfüllt sind. Weiters wird
untersucht, ob die auf die Maschine M' übermittelten Regeln durch die externen Vorgaben
und Umgebungsparameter der Maschine M', die mit den externen Standardvorgaben und
Standardumgebungsparameter zumindest einer der Standardmaschinen M
1, M
2 übereinstimmen, erfüllt sind. Wenn dies der Fall ist, werden die Regeln auf die Maschine
M' übernommen. Weiters kann vorteilhafterweise bei einem erfindungsgemäßen Verfahren
vorgesehen sein, dass die abstrakten Regelformen der auf die Maschine M' übermittelten
Regeln verglichen werden. Im Falle, dass zwei oder mehr Regeln dieselbe abstrakte
Form haben und diese Regeln für die Maschine M' gültig sind, werden die jeweils geeigneteren
Werte für Variablen und Toleranzen gewählt. Vorteilhafterweise werden bei der Übernahme
von Regeln jeweils die geringeren Toleranzen und engeren Intervalle gewählt.
[0053] Sofern die auf die Maschine M' übermittelten Regeln durch die externen Vorgaben und
Umgebungsparameter der Maschine M', die mit den externen Standardvorgaben und Standardumgebungsparameter
zumindest einer der Standardmaschinen M
1, M
2 übereinstimmen, nicht erfüllt sind, werden die in den abstrakten Regeln vorhandenen
Konstanten und Toleranzen für die Maschine M' in einer Lernphase neu gelernt und die
Regeln werden an die neuen externen Vorgaben und Umgebungsparameter der Maschine M'
angepasst, oder die Regeln werden verworfen.
[0054] Im Falle, dass bei einer Maschine M' Sensoren fehlen, die bei zumindest einer der
Standardmaschinen M
1, M
2 vorhanden sind, ist vorgesehen, dass die Regeln, die für diese Sensoren bei zumindest
einer der Standardmaschinen M
1, M
2 gelten, gestrichen werden. Ebenso werden auch Regeln gestrichen, die bei zumindest
einer der Standardmaschinen M
1, M
2 für externe Standardvorgaben oder Standardumgebungsparameter gelten, die bei der
Maschine M' nicht als externe Vorgaben oder Umgebungsparameter auftreten.
[0055] Im Fall, dass die Maschine M' Sensoren aufweist, denen hinsichtlich Anordnung und
Sensitivität kein Sensor zumindest einer der Standardmaschinen M
1, M
2 zuordenbar ist, werden wie voranstehend beschrieben neue Regeln aufgestellt, die
den normalen Betriebszustand der Maschine M' charakterisieren.
[0056] Alternativ können auch in einer zentralen Schaltstelle Sets von Regeln gespeichert
sein, wobei die Regeln die Zusammenhänge der ermittelten Messwerte während der normalen
Betriebszustände einer Vielzahl von Standardmaschinen M
1,..., M
n in den betreffenden Arbeitsumgebungen mit den externen Vorgaben beschreiben, die
während der normalen Betriebszustände erfüllt sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass für einen Arbeitsprozess mit externen Vorgaben in einer Arbeitsumgebung einer
den Standardmaschinen M
1,..., M
n ähnlichen oder identischen Maschine M' geeignete Sets von Regeln ausgewählt werden.
Zur Auswahl geeigneter Regeln wird überprüft, ob Umgebungsparameter der Arbeitsumgebung
und/oder externe Vorgaben und/oder Sensoren der Maschine M' mit Standardumgebungsparametern
der Arbeitsumgebung und/oder externen Standardvorgaben und/oder mit Sensoren hinsichtlich
Anordnung und Sensitivität zumindest einer der Standardmaschinen M
1,..., M
n übereinstimmen. Die ausgewählten Regeln werden auf den Arbeitsprozess der Maschine
M' in der Arbeitsumgebung übertragen.
[0057] Bei einer weiteren Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass
für beispielsweise eine Maschine M
1, wie sie in
Fig. 1 gezeigt ist, die in einer Arbeitsumgebung betrieben wird und Sensoren S
1,...S
8 umfasst, wobei die Sensoren während des auf der Maschine M
1 durchgeführten Arbeitsprozesses zu vorgegebenen wiederkehrenden Zeitpunkten Messwerte
ermitteln, wie voranstehend beschrieben Regeln R
1,...R
8 für den normalen Betriebszustand der Maschine M
1 ermittelten werden und diese Regeln R
1,...R
8 auf die Messwerte der Sensoren der Maschine M
1 angewendet werden. Da die Regeln R
1,...R
8 während des normalen Betriebszustands der Maschine M
1 in der betreffenden Arbeitsumgebung mit den externen Vorgaben erfüllt sind, kann
ein anomaler Zustand der Maschine M
1 und/oder des Arbeitsprozesses identifiziert werden, falls Messwerte vorhanden sind,
die den Regeln R
1,...R
8 für den normalen Betriebszustand nicht genügen.
[0058] Tabelle 3 zeigt ein Beispiel für die Auswertung der voranstehend beschriebenen Regeln
R
1,...R
8 für die in
Fig. 1 gezeigte Maschine M
1, wobei die Regeln R
1,...R
8 für die Messwerte der Sensoren S
1,....S
8 und die externen Vorgaben und Umgebungsparameter A
1, A
2, A
3, A
4 gelten und über einen Zeitraum T
1 bis T
140 betrachtet werden.
Tabelle 3: Beispiel-Auswertung der Regeln für Maschine M
1.
t |
S1 |
S2 |
S3 |
S4 |
S5 |
S6 |
S7 |
S8 |
A1 |
A2 |
A3 |
A4 |
T1 |
25 |
1 |
0.26 |
0.2601 |
180 |
0.2601 |
9.9 |
0.2602 |
3 |
50 |
1 |
36 |
T2 |
25 |
1 |
0.259 |
0.26 |
180.2 |
0.26 |
9.95 |
0.2601 |
3 |
50 |
1 |
37 |
⋮ |
⋮ |
⋮ |
⋮ |
⋮ |
⋮ |
⋮ |
⋮ |
⋮ |
⋮ |
⋮ |
⋮ |
⋮ |
T140 |
25 |
0 |
0.26 |
0.2603 |
171 |
0.2604 |
9.9 |
0.2604 |
3 |
50 |
1 |
41 |
[0059] Im in Tabelle 3 angegebenen Beispiel ist die Temperatur der Fixierwalze der Druck-Einheit
13 von Maschine M
1 soweit abgesunken, dass der Druck nicht mehr vollwertig auf dem Karton sichtbar ist.
Im gezeigten Beispiel wird die Information über eine sich verschlechternde Druckqualität
mit einem erfindungsgemäßen Verfahren durch ein Fehlschlagen der Regel R
4 gewonnen. Außerdem ist die Luftfeuchtigkeit zum Zeitpunkt T
140 auf über 40% gestiegen, was zu einem Fehlschlagen der Regel R
8 führt und die Stanzform übt nur einen Druck von 9.9 bar aus, wodurch Regel R
5 verletzt wird. Da die Messwerte der Sensoren der Maschine M
1 im gezeigten Beispiel den Regeln R
4, R
5 und R
8 nicht genügen, wird von einem erfindungsgemäßen Verfahren ein anomaler Zustand der
Maschine M
1 oder des auf der Maschine M
1 durchgeführten Produktionsprozesses angezeigt.
[0060] Mit einem derartigen Verfahren kann einfach die zeitintensive Fehlersuche bei einem
auf der Maschine M
1 durchgeführten Produktionsprozess verkürzt und die Dauer von Stehzeiten verringert
werden, wodurch der Produktionsprozess optimiert und dessen Effizienz gesteigert werden
können. Durch das automatische Ermitteln der Regeln mit den voranstehend beschriebenen
Methoden entfallen vorteilhafterweise auch ein aufwändiges händisches Ermitteln und
Konfigurieren der Regeln.
1. Verfahren zur Erkennung des normalen Betriebszustands eines Arbeitsprozesses, bei
dem eine Maschine (M') in einer Arbeitsumgebung mit externen Vorgaben betrieben wird,
wobei die Maschine (M') Sensoren (S'
1,..., S'
m) zur Messung physikalischer Parameter an vorgegebenen Positionen im Bereich der Maschine
M' aufweist, wobei
a)
- ein Standardprozess mit einer Standardmaschine (M1) in der Standardumgebung mit externen Standardvorgaben gestartet wird,
- wobei die Standardmaschine (M1) über eine Anzahl von Sensoren (S1,..., Sn) verfügt,
- wobei mit den Sensoren (S1,..., Sn) der Standardmaschine (M1) wiederholt zu vorgegebenen Zeitpunkten Messwerte ermittelt werden, und
- nach Regeln (R1,..., Rp) gesucht wird, die den Zusammenhang der ermittelten Messwerte während des normalen
Betriebszustands der Standardmaschine (M1) in der betreffenden Arbeitsumgebung mit den externen Vorgaben beschreiben, und die
während des normalen Betriebszustands erfüllt sind,
dadurch gekennzeichnet, dass anschließend
b)
- die für den Standardprozess ermittelten Regeln (R1,..., Rp) auf den Arbeitsprozess einer der Standardmaschine (M1) ähnlichen oder identischen Maschine (M') in der Arbeitsumgebung übertragen werden,
- wobei die Maschine (M') über eine Anzahl von Sensoren (S'1,..., S'm) der Maschine (M') verfügt, deren Position und Sensitivität mit den auf der Standardmaschine
(M1) befindlichen Sensoren (S1,..., Sn) zumindest teilweise übereinstimmt und
- mit den Sensoren (S'1,..., S'm) der Maschine (M') wiederholt zu vorgegebenen Zeitpunkten Messwerte ermittelt werden,
- untersucht wird, ob die übermittelten Regeln (R1,..., Rp) durch die Messwerte derjenigen Sensoren (S'1,..., S'm) der Maschine (M'), die mit den Sensoren (S1,..., Sn) der Standardmaschine (M1) hinsichtlich Anordnung und Sensitivität übereinstimmen, erfüllt sind, und
- wenn dies der Fall ist, die Regeln zur Charakterisierung des normalen Betriebszustands
des Arbeitsprozesses übernommen werden, und
- sofern dies nicht der Fall ist, die Regeln an die neuen Messwerte angepasst oder
verworfen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
- dass untersucht wird, ob bei der Standardmaschine (M1) Sensoren (S1,..., Sn) vorhanden sind, denen hinsichtlich Anordnung und Sensitivität kein Sensor (S'1,..., S'm) der Maschine (M') zuordenbar ist,
- wobei im Falle des Fehlens von zuordenbaren Sensoren (S'1,..., S'm) bei der Maschine (M') die Regeln, die für diese Sensoren bei der Standardmaschine
(M1) gelten, gestrichen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2
dadurch gekennzeichnet, dass untersucht wird, ob einander zugeordnete Sensoren (S'
1,..., S'
m) der Maschine (M') dieselbe Kennlinie hinsichtlich der zu ermittelnden physikalischen
Größe aufweisen,
- wobei im Fall einander zugeordneter Sensoren (S'1,..., S'm) der Maschine (M') mit einer unterschiedlichen Kennlinie diejenigen Regeln, die für
diese Sensoren (S1,..., Sn) bei der Standardmaschine (M1) gültig sind, an die neue Kennlinie der Maschine (M') angepasst werden.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
- dass untersucht wird, ob bei der Maschine (M') Sensoren (S'1,..., S'm) vorhanden sind, denen hinsichtlich Anordnung und Sensitivität kein Sensor (S1,..., Sn) der Standardmaschine (M1) zuordenbar ist,
- dass für die Messwerte der so ermittelten Sensoren (S'1,..., S'm) der Maschine (M') neue Regeln (R'1,..., R'q) aufgestellt werden, die den normalen Betriebszustand charakterisieren,
- wobei insbesondere diese Regeln (R'1,..., R'q) auf dieselbe Weise erstellt werden, die auch für die Erstellung von der Regeln (R1,..., Rp) für die Messwerte des Standardprozesses verwendet werden,
- wobei diese Regeln (R'1,..., R'q) insbesondere auch Messwerte von Sensoren (S'1,..., S'm) berücksichtigen können, die sowohl auf der Maschine (M'), als auch auf der Standardmaschine
(M1) vorhanden sind.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine (M') durch Modifikation der Standardmaschine (M
1) oder einer mit der Standardmaschine (M
1) baugleichen weiteren Standardmaschine (M
2) erstellt wird, indem
a) der Standardmaschine (M1) Bauteile und/oder Sensoren (S1,..., Sn) hinzugefügt werden, und/oder
b) von der Standardmaschine (M1) Bauteile und/oder Sensoren (S1,..., Sn) entfernt werden, und/oder
c) Bauteile der Standardmaschine (M1) modifiziert werden, und/oder
d) Sensoren (S1,..., Sn) der Standardmaschine (M1) neu positioniert oder hinsichtlich ihrer Sensitivität oder Kalibrierung geändert
werden.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsprozess festgelegt wird, in dem die Maschine (M') oder die Standardmaschine
(M
1) in einer von der Standardumgebung abweichenden Arbeitsumgebung betrieben wird, wobei
sich die Arbeitsumgebung von der Standardumgebung insbesondere hinsichtlich der folgenden
Umgebungsparameter unterscheidet:
a) Umgebungstemperatur, und/oder
b) Umgebungsluftfeuchtigkeit, und/oder
c) Umgebungsluftdruck, ...
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass überprüft wird, ob bei der Maschine (M') externe Vorgaben vorhanden sind, die zumindest
teilweise mit den externen Standardvorgaben der Standardmaschine (M
1) übereinstimmen und dass untersucht wird, ob die übermittelten Regeln (R
1,..., R
p) durch die externen Vorgaben der Maschine (M'), die mit den externen Standardvorgaben
der Standardmaschine (M
1) übereinstimmen, erfüllt sind, und
- wenn dies der Fall ist, die Regeln zur Charakterisierung des normalen Betriebszustands
des Arbeitsprozesses übernommen werden, und
- sofern dies nicht der Fall ist, die Regeln an die neuen externen Vorgaben angepasst
oder verworfen werden oder für diese neuen externen Vorgaben neue Regeln festgelegt
werden.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
- dass die Maschine (M') in der Arbeitsumgebung betrieben wird,
- dass während des Arbeitsprozesses zu vorgegebenen wiederkehrenden Zeitpunkten Messwerte
ermittelt werden,
- dass die für den Arbeitsprozess ermittelten Regeln (R'1,..., R'q) auf die Messwerte angewendet werden, und
- falls Messwerte vorhanden sind, die den Regeln (R'1,..., R'q) für den normalen Betriebszustand nicht genügen, ein anomaler Zustand der Maschine
(M') und/oder des Arbeitsprozesses identifiziert wird.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass auf zumindest zwei Standardmaschinen (M
1, M
2) Regeln (R
1,..., R
p) ermittelt werden, die den Zusammenhang der ermittelten Messwerte während des normalen
Betriebszustands der Standardmaschinen (M
1, M
2) in den betreffenden Arbeitsumgebungen mit den externen Vorgaben beschreiben, und
die während der normalen Betriebszustände erfüllt sind, und
- wobei die für zumindest zwei Standardmaschinen (M1, M2) ermittelten Regeln (R1,..., Rn) auf den Arbeitsprozess einer den Standardmaschinen (M1, M2) ähnlichen oder identischen Maschine (M') in der Arbeitsumgebung übertragen werden.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass in einer zentralen Schaltstelle Regelsets
(R), insbesondere umfassend eine Anzahl von ermittelten Regeln, gespeichert werden,
- wobei die Regelsets (R) die Zusammenhänge der ermittelten Messwerte während der normalen Betriebszustände
einer Vielzahl von Standardmaschinen (M1,..., Mn) in den betreffenden Arbeitsumgebungen mit den externen Vorgaben beschreiben, und
die während der normalen Betriebszustände erfüllt sind,
- wobei für einen Arbeitsprozess mit externen Vorgaben in einer Arbeitsumgebung einer
den Standardmaschinen ähnlichen (M1,..., Mn) oder identischen Maschine (M') geeignete Regelsets (R) ausgewählt werden,
wobei die Regelsets (R) nach Übereinstimmung der Sensoren und/oder der Umgebungsparameter der Arbeitsumgebung
und/oder der externen Vorgaben der Maschine (M') ausgewählt werden, und
- wobei die ausgewählten Regelsets (R) auf den Arbeitsprozess der Maschine (M') in der Arbeitsumgebung übertragen werden.
11. Datenträger, auf dem ein Programm zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der
vorangehenden Ansprüche abgespeichert ist.